SpaceX正在建設星鏈,我們也要發射上萬顆衛星建設天基網際網路?

我為科技狂 發佈 2020-02-09T00:30:42+00:00

有網友問:美國太空探索技術公司SpaceX正在建設星鏈,將來要為全球提供高速的寬頻網際網路服務。按SpaceX發布的計劃,在2027年11月前,該公司要在三個軌道上部署接近12000顆衛星,整個計劃完成預計耗資100億美元:首先在550公里的軌道上部署約1600顆衛星,然後是在11


有網友問:美國太空探索技術公司SpaceX正在建設星鏈(StarLink),將來要為全球提供高速的寬頻網際網路服務。除了SpaceX外,像OneWeb、亞馬遜和Facebook等公司亦有類似方案。那麼,我們要不要跟上SpaceX的步伐,向太空發射上萬顆衛星,建設我們自己的天基網際網路?

星鏈,是SpaceX計劃推出的一項通過近地軌道衛星群,提供覆蓋全球的高速網際網路接入服務。早在2015年,SpaceX公司的創始人兼執行長埃隆·馬斯克便公布了星鏈計劃,該項計劃是要利用衛星取代傳統地面通信設施,來幫助地球上那些偏遠地區接入高速的寬頻網際網路,並為城市地區的用戶提供價格優惠的衛星網際網路接入服務。2019年10月22日,馬斯克通過星鏈成功發送了推文,並且表示星鏈已經可以提供天基網際網路服務。

根據星鏈官網公布的信息,到2020年,星鏈為美國北部和加拿大的客戶提供服務;接著到2021年,星鏈所服務的範圍將進一步擴展到接近全球。

按SpaceX發布的計劃,在2027年11月前,該公司要在三個軌道上部署接近12000顆衛星,整個計劃完成預計耗資100億美元:首先在550公里的軌道上部署約1600顆衛星,然後是在1150公里的軌道上部署約2800顆Ku波段和Ka波段衛星,最後是在340公里的軌道上部署約7500顆V波段衛星。更讓人覺得不可思議的是,2019年10月,SpaceX又向國際電信聯盟遞交了另一項申請,申請與額外的30000顆衛星進行射頻通訊。據此猜測,星鏈星座最終有可能達42000顆衛星。

SpaceX在加快飛船產品的更新疊代速度,尋求在飛船搭載更多貨物的同時,也在降低發射成本,抓緊時間完成衛星上天入網的工作。除了天上,星鏈在地面的工作量同樣不小。2019年2月,SpaceX宣布為星鏈項目擬建100萬個地面基站,以向衛星發射信號,同時接收地面終端的信號,供更多終端用戶接入衛星網絡系統,地面基站的建設工作預計從2020年開始。與此同時,與星鏈配套的用戶終端也在緊張開發中,目前用戶必須要通過專門的終端設備,才能從衛星接收寬頻信號,接入網際網路。


知乎網友「九鄉河龍牙」認為,SpaceX在原計劃發射12000顆衛星的基礎上,突然再追加30000顆衛星,有兩種可性。一種可能的原因是,星鏈原方案測試並不如預期那樣的順利,所以需要在更多的軌道增加更多的衛星來保證通信質量。另一種則是,星鏈原方案測試順利得出人意料,在原12000顆衛星的基礎上再追加30000顆衛星,是為了搶占更多的軌道資源,擴大營業規模,從而奪取更多的用戶。按專業機構估算,網際網路通信市場規模其實不小,每年在100到300億美元。另外,根據SpaceX發布的聲明,為了滿足用戶的需求,該公司正在採取措施以負責任的方式擴展星鏈的總網絡容量和數據密度。

該知乎網友進一步指出,每個星鏈衛星擁有發射全向波束的能力,這樣可以對太空飛行器進行遙測,跟蹤和控制。如果這要是真的,那麼星鏈分分鐘就可以變成火箭/飛彈的計算、模擬、預測高精度系統來進行後續的攔截工作。舉例來說,在美國阿拉巴馬州2019年度太空與飛彈研討會議上,有美國空軍將領就高度評價了SpaceX所開展的工作,他認為SpaceX成功開拓了低成本大載荷發射並且星鏈項目非常具有意義,改變了太空防衛格局。

事實上,自SpaceX公布星鏈計劃開始,到目前正按計劃建設中,便一直伴隨著各種各樣的爭議聲。其中有一部分人堅持認為,星鏈計劃其實與當年的銥星計劃類似,不靠譜。

據 「通信實習生」(在通信行業工作)在公眾號上發文稱,雖然SpaceX推進星鏈項目進展清晰,但就目前來說,他個人對這類計劃的評價是不靠譜。比如,12000顆衛星,在6年左右的時間發射完成,平均每年要發射2000顆,按照19年每次發射60顆,也需要發射33次,也就是說,平均每個月發射3次。再則,12000顆衛星,這也是個非常雷人的數字,現在人類全部在用的衛星也只有不到2000顆,外加在太空飄著的4000顆死衛星,全部發射之後太空的擁擠程度是什麼樣可想而知。

作者繼續寫道,從服務方面來看,針對特定人群的全球太空網際網路市場是存在的,比如遠洋航行,極地考察,地質考察,甚至說作為部分單位的備份。但是面向大眾的太空網際網路肯定是不存在的,無論是從服務質量還是服務價格以及商業模式上來說,應該是不能成立的。首先天下沒有免費的午餐,作為上市公司不可能免費提供服務,其次在收費的情況下,太空網際網路肯定是比地面網際網路服務價格貴,體驗差。另外,單個衛星提供的服務速度是一定的,面向大眾,帶寬和體驗肯定是瓶頸。因此他判斷,面向大眾的衛星網際網路接入服務肯定無法實現。

「通信實習生」還補充道,像星鏈這樣的計劃不僅吸引大眾的眼球,也有普及網際網路的人文情懷,所以吸引到一些投資是肯定能行的,無論是風險投資還是眾籌,至於是否能繼續運作下去,則另當別論,實在不行,項目還可以找這樣那樣的理由改頭換面。

截至目前,SpaceX已經為星鏈項目的建設總共發射了四次。累計240顆衛星。在最近這批衛星升空之後,SpaceX已經成了全球最大的私人衛星運營商。根據「Space Journal」估算,星鏈項目確實十分燒錢。

發射成本:四次發射,每次算5000萬美元,合計2億美元;

衛星成本:按馬斯克此前所說,衛星與發射成本差不多,於是按2億美元算;

廠房成本:租用雷德蒙德廠房與辦公室費用,2015年至今每年按4000萬美元算,5年共計2億美元;肯特廠房買地及建設成本費用。無更多消息,按當地均價計算,小於5000萬美元。

人工成本:加利福尼亞州霍桑總部地面終端開發人員、洛杉磯Starlink Mobile移動應用程式開發人員、雷德蒙德工廠工程師以及相應管理人員,人員總數若按300人算,人均年薪7萬美元。5年下來,員工成本在5000萬美元以上。

研發成本:衛星研發、地面終端研發、相應的辦公設備、研發設備,由於相應投入沒有具體測算依據,姑且按2億美元算。

上述五項成本粗略相加,得出的結論是,SpaceX為星鏈項目已經耗資了10億美元甚至更多,並且該項目還沒開始為公司創造收入。前文說道,按SpaceX估計,星鏈(只算12000萬顆,另外3000顆衛星不算在內)項目需要數年時間才能完成,總共支出100億美元。按照專業機構評估,網際網路通信市場規模每年在100到300億美元。星鏈從2020年開始就要向客戶提供服務以便創造收入。再就是,日前,SpaceX的總裁兼COO肖特維爾公布了一個消息,SpaceX正在考慮剝離星鏈衛星業務,計劃在未來幾年內上市(增加融資來源)……所以,SpaceX正在打造的星鏈,在目前就支持一些人說的不靠譜,可能還早了點。

為什麼SpaceX要在現在打造星鏈?「航天愛好者」在文章中寫道,因為現在只有SpaceX能推進實施星鏈計劃,而且現在也只有SpaceX需要通過星鏈來大幅創收,為早日實現登陸火星的目標服務。

首先,在全球所有私人公司當中,SpaceX是唯一一家能完成從衛星製造到發射一條龍服務的公司,大量近地軌道衛星需要經常維護和補充,自己製造,自己發射可消除外在因素影響,好在適合的時間完成發射。

第二,除了為全球提供高速的衛星寬頻服務,這個符合馬斯克改變世界的宏偉目標外。SpaceX也需要通過星鏈創造收入。當前,在太空發射領域,發射價格升高和降低並不會大幅度增多或減少客戶發射訂單。商業衛星運營商不會因為SpaceX把發射價格大幅降低就增購很多新發射,這也是過去幾年馬斯克一直致力於爭取到軍方訂單的原因之一,畢竟相比商業衛星,軍方的訂單要更穩定且出價更高。而星鏈恰好可以為SpaceX填補發射次數的短缺。預計2020年開始試運行的星鏈(初期的服務可能並不是很穩定)可為SpaceX提供除了商業發射和政府投資外的第三個資金來源,在NASA和美國空軍都對SpaceX的BFR暫時不感興趣的當下,SpaceX通過星鏈獲取的收入便很有可能會成為BFR最主要的研發資金來源。

第三,對於星鏈可能的客戶來說,那是以毫秒計算的百萬千萬資金;而對SpaceX來說,那是以金錢換取殖民火星的時間。作為一家私營公司,SpaceX要實現登陸火星,甚至殖民火星的宏偉目標,顯然需要更大量的資金。如果僅靠為客戶提供發射衛星或者載人載貨服務獲得收入,將會是什麼樣的結果大致也是可以想像到的。

像星鏈這樣的衛星網際網路計劃相比於當前的通信有哪些優勢,商業應用前景到底如何?按「航天愛好者」在文中所述,星鏈有兩個明顯的優勢,一個是數據通過星鏈傳輸更快,另一個是解決了人類利用當前技術手段無法解決的信號覆蓋問題。

人們常用的網際網路,若要進行跨越全球的信息傳輸依賴的不是衛星,而是海底光纜。海底光纜不僅民用,軍方同樣使用海底光纜降低延遲。

與衛星傳播時電磁波幾乎全部在真空中傳播不同,電磁波在海底光纜使用的光纖中的傳播速度要慢。能不能兼顧真空中光的速度和接近地表的短距離兩個優勢?答案是可以的,在近地軌道建造一個龐大的網絡來衛星「接力」。由於不在同步軌道,單個衛星會像飛機一樣從頭頂飛過,需要多個衛星以互相接力的方式完成數據傳輸。

事實上SpaceX發起的星鏈並不是第一個採用類似設計的通信網絡系統,之前銥星便是由76顆在近地軌道工作的衛星來構築的覆蓋全球的通訊網。只是相比較銥星約781公里的軌道高度,星鏈要更低只有約550公里。且和銥星在6個不同軌道面的衛星互相之間訊號仍需要走很大的之字形來完成經緯跨度大的傳輸不同,星鏈龐大的數量和50度左右的傾角意味著衛星之間只需要走很小的之字形以最接近直線距離的路線完成數據傳輸,實際上便是建立了一個在太空中可隨意拼接組合的「真空光纜」。

舉例而言,連接紐約倫敦兩大金融中心的海底光纜往返的距離大約為12800公里,按最快204357公里/秒的傳輸速度計算,所需時間62.6毫秒。紐約到倫敦的直線距離為5567公里,通過SpaceX的星鏈傳輸需要的最少路徑為13334公里,之字形傳輸增加距離以15000公里預估,那麼通過星鏈傳輸的延遲為50毫秒,比海底光纜快了約12.6毫秒。

除去延遲的優勢,星鏈還有不管是同步軌道衛星還是光纜都無法解決的,因地球自身的弧度導致高緯度地區不在衛星的視線內,完全無法接收信號的問題。星鏈的全球低延遲聯網不僅對於發達地區金融傳輸有革命意義,對於在偏遠地區的科研設施來說同樣是有革命性意義。

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